Algunos-aspectos-del-calculo-de-redes-y-su-aplicacion-a-un-caso-real

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UNIVERSIDAD NACIONAL 
AUTÓNOMA DE MÉXICO 
 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
DIVISIÓN DE INGENIERÍAS CIVIL Y GEOMÁTICA 
 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO 
DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU 
APLICACIÓN A UN CASO REAL 
 
T E S I S 
QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE : 
INGENIERO CIVIL 
 
PRESENTA : 
MENESES ANGUIANO ENRIQUE 
 
DIRECTOR DE TESIS : 
DR. ÓSCAR ARTURO FUENTES MARILES 
 
MÉXICO, D.F. 2012 
 
UNAM – Dirección General de Bibliotecas 
Tesis Digitales 
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A Enrique Meneses y Reyna Anguiano 
Por todo lo que me han otorgado de sus vidas a través de 22 años. 
Representan la fortaleza detrás de este resultado. 
 
 
 
A Jorge Cruz y Rosa María Anguiano 
Mi logro también es de ustedes. 
Aprendí lecciones valiosas al vivir en su espacio. 
 
 
 
A Federico Corona 
Porque eres la motivación que llegó a mi, 
gracias por tu paciencia y apoyo. 
 
 
 
 
 
ÍNDICE 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU APLICACIÓN A UN CASO REAL 3 
 
 
 
 
 
 
 
 
ÍNDICE 
INTRODUCCIÓN 7 
1. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 10 
1.1 FUENTES DE ABASTECIMIENTO 10 
1.1.1 AGUA SUBTERRÁNEA 10 
1.1.1.1 POZOS 11 
1.1.1.1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS POZOS 11 
1.1.1.1.2 HIDRÁULICA DE POZOS 12 
1.1.2 AGUA SUPERFICIAL 14 
1.2 CONDUCCIÓN 16 
1.3 PLANTAS POTABILIZADORAS 17 
1.4 TANQUES DE REGULACIÓN 18 
ÍNDICE 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU APLICACIÓN A UN CASO REAL 4 
 
 
1.4.1 TIPOS DE TANQUES 
 
 
20 
 
1.4.2 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LOS TANQUES 21 
1.4.2.1 MÉTODO ANALÍTICO 22 
1.4.2.2 MÉTODO GRÁFICO 24 
1.1 BOMBAS 25 
1.1.1 EMPLEO DE LAS BOMBAS EN EL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO 25 
1.1.2 CURVAS CARACTERÍSTICAS 26 
1.1.3 ANÁLISIS DEL FUNCIONAMIENTO 28 
1.1.4 CURVAS DE REQUERIMIENTO DE CARGA DEL SISTEMA 29 
1.1.5 CONSIDERACIONES DE SUMERGENCIA Y CAVITACIÓN 29 
1.1.6 RELACIONES DE SIMILITUD DE BOMBAS 31 
1.1.7 SELECCIÓN DE BOMBAS 32 
1.2 RED DE DISTRIBUCIÓN 33 
1.2.1 TIPOS DE PROYECTOS DE REDES 34 
1.2.2 FORMAS DE DISTRIBUCIÓN 35 
2. REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 38 
2.1 TUBERÍAS 38 
2.1.1 TUBERÍAS DE PLÁSTICO 40 
2.1.2 TUBERÍAS DE FIBROCEMENTO 43 
2.1.3 TUBERÍAS DE HIERRO FUNDIDO 46 
2.1.4 TUBERÍAS DE CONCRETO 48 
2.1.5 TUBERÍAS DE ACERO 50 
ÍNDICE 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU APLICACIÓN A UN CASO REAL 5 
 
 
2.2 PIEZAS ESPECIALES 
 
 
53 
 
2.3 VÁLVULAS 55 
2.3.1 VÁLVULAS DE COMPUERTA 55 
2.3.2 VÁLVULAS DE MARIPOSA 56 
2.3.3 VÁLVULAS DE ASIENTO 57 
2.3.4 VÁLVULAS DE ALTITUD 58 
2.3.5 VÁLVULAS PARA ADMISIÓN Y EXPULSIÓN DE AIRE 58 
2.3.6 VÁLVULAS CONTROLADORAS DE PRESIÓN 59 
2.3.7 VÁLVULAS DE GLOBO 60 
2.3.8 VÁLVULAS DE RETENCIÓN 61 
2.4 TOMAS DOMICILIARIAS 63 
2.5 HIDRANTES 63 
2.6 ZONAS DE PRESIÓN 64 
2.6.1 DIVISIÓN DE UNA RED DE DISTRIBUCIÓN 65 
3. ASPECTOS HIDRÁULICOS DE REDES DE TUBERÍAS DE AGUA 
POTABLE 69 
3.1 RESISTENCIA AL FLUJO EN TUBERÍAS 69 
3.1.1 PÉRDIDAS POR FRICCIÓN 70 
3.1.2 PÉRDIDAS LOCALES 73 
3.1.2.1 PÉRDIDA DE CARGA EN VÁLVULAS 75 
3.1.2.2 PÉRDIDA DE CARGA EN CONEXIONES 75 
3.1.2.3 MÉTODO DE LA LONGITUD EQUIVALENTE 79 
3.1.2.4 PÉRDIDA DE CARGA EN TOMAS DOMICILIARIAS 83 
ÍNDICE 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU APLICACIÓN A UN CASO REAL 6 
 
 
3.2 GASTOS EXTERIORES 
 
 
86 
 
3.2.1 GASTO DE DEMANDA 87 
3.2.2 GASTO DE FUGA 92 
4. EL CÁLCULO DE REDES DE TUBERÍAS DE AGUA POTABLE 97 
4.1 REVISIÓN, DISEÑO Y OPERACIÓN DE REDES DE TUBERÍAS DE AGUA 
POTABLE 97 
4.1.1 REHABILITACIÓN DE REDES 99 
4.2 REDES DE TUBERÍAS CONSIDERANDO FLUJO PERMANENTE 100 
4.2.1 RELACIONES CARGA HIDRÁULICA – GASTO 101 
4.2.2 ECUACIONES GOBERNANTES DEL FLUJO EN LA RED 103 
4.2.3 CONDICIONES DE FRONTERA 104 
4.2.4 MÉTODO DE SOLUCIÓN SÁNCHEZ – FUENTES 105 
5. APLICACIÓN DEL MÉTODO DE CÁLCULO DE REDES 110 
5.1 RED CON UN TANQUE 110 
5.2 RED CON DOS TANQUES 115 
5.3 RED CON UNA BOMBA Y UN TANQUE 118 
5.4 DIVISIÓN DE UNA RED 125 
5.5 RED REAL 130 
6. CONCLUSIONES 138 
BIBLIOGRAFÍA 140 
 
INTRODUCCIÓN 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU APLICACIÓN A UN CASO REAL 7 
 
 
 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
El agua es un recurso imprescindible para la vida, su uso es diverso y quizá el 
consumo humano es el más importante; además se dispone también de éste 
para actividades con fines públicos, industriales y comerciales, irrigación de 
cultivos, generación de energía eléctrica, la navegación e incluso en la 
recreación. 
A lo largo del tiempo el uso del agua ha evolucionado; antiguas civilizaciones se 
ubicaron cerca de ríos y lagos para proveerse del vital líquido, pero más tarde los 
avances técnicos permitieron no sólo transportarlo sino almacenarlo, igualmente 
extraerlo del subsuelo lo que permitió asentamientos humanos lejos de fuentes de 
agua superficiales. 
Un sistema de abastecimiento de agua se compone de varias instalaciones para 
lograr proveer a las localidades urbanas y rurales de un volumen suficiente, con 
calidad específica y a una presión adecuada para su correcta utilización. La 
captación y almacenamiento consisten en recuperar el agua de fuentes 
superficiales y subterráneas; su conducción incluye obras civiles como canales, 
acueductos e instalaciones complementarias de bombeo que permiten llevar el 
líquido desde la fuente hasta el centro de distribución; la potabilización es el 
proceso que le da la calidad requerida para finalmente dotar al usuario que la 
consumirá. 
INTRODUCCIÓN 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU APLICACIÓN A UN CASO REAL 8 
 
En la siguiente figura se distingue una configuración típica de un sistema de 
abastecimiento de agua en localidades urbanas. Es importante señalar que una 
vez que el agua ha sido utilizada, debe ser desalojada a través de una red de 
alcantarillado y conducida a una planta de tratamiento de agua residual, para 
que posteriormente pueda ser reutilizada o reintegrada a la naturaleza causando 
el mínimo impacto ambiental. 
 
CONFIGURACIÓN TÍPICA DE UN SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA EN LOCALIDADES URBANAS 
En función del crecimiento de la población, la demanda de agua potable se 
amplía, agotando las fuentes de abastecimiento cercanas y obligando a buscar 
el vital líquido en fuentes cada vez más alejadas de los centros de consumo. 
Lo anterior afecta de manera significativa la condición económica y financiera 
de los organismos operadores de los sistemas de agua potable, reflejándose en la 
calidad, costo y eficiencia del servicio. 
En México muchos de los sistemas de distribución de agua potable no cumplen 
con los estándares de calidad de servicio, las redes son insuficientes, los niveles de 
presión no son adecuados, el agua no contabilizada representa un porcentaje 
importante y los tiempos de consumo no están adecuadamente controlados. 
Las fugas constituyen un factor considerable agravante de las pérdidas de agua 
por su naturaleza y magnitud. 
INTRODUCCIÓN 
ALGUNOS ASPECTOS DEL CÁLCULO DE REDES DE AGUA POTABLE Y SU APLICACIÓN A UN CASO REAL 9 
 
En algunas ciudades de diferentes países, las pérdidas en los sistemas de 
abastecimientollegan a ser del orden del 50%, sin embargo, no en todos los sitios 
se atiende el problema, quizá porque no se presenta insuficiencia en el suministro, 
y en consecuencia hay desinterés en reducir estos índices; a escala nacional 
estos porcentajes en promedio suelen ser altos, por ejemplo, en Malasia ha 
llegado a ser del 40% y en Brasil y Suecia del 25% (Arreguín y Ochoa, 1997); en 
México las fugas son del orden del 39%. 
La disminución de estas pérdidas resulta muy importante dentro del equilibrio de 
la oferta en la actualidad y en el futuro, por lo que es necesario realizar planes de 
recuperación del agua que se suministra por medio de las redes de distribución. 
El objetivo del presente es distinguir varias situaciones que se requieren tomar en 
cuenta para una adecuada obtención de los gastos que fluyen en el interior de 
las tuberías de una red de agua potable y de las cargas de presión en algunas 
secciones trasversales específicas que funcionan con flujo permanente a presión. 
 
 
 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 10 
 
 
 
 
 
 
 
1. SISTEMA DE ABASTECIMIENTO 
. DE AGUA POTABLE 
1.1 FUENTES DE ABASTECIMIENTO 
1.1.1 AGUA SUBTERRÁNEA 
El agua se puede obtener de fuentes superficiales o subterráneas. El agua 
superficial es de lagos, ríos y corrientes; el agua subterránea es conseguida de 
acuíferos a través de pozos, manantiales y galerías filtrantes. 
Las cajas de manantial se pueden hacer cerradas de concreto reforzado, de 
mampostería de piedra o de tabique, el agua se debe extraer solamente con 
una tubería que atraviese la caja y ésta lleva una tapa movible o registro; no se 
requiere ventilación, se debe procurar que la entrada del agua a la caja de 
captación se efectúe lo más profundo posible. Se le debe dar a la caja un 
vertedor de demasías. 
Dependiendo de si el manantial es de ladera (filtración tubular) o de piso (fisura), 
se le tiene que proteger por medio de cunetas que intercepten los escurrimientos 
superficiales. 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 11 
El uso de esta fuente depende de factores como: cantidad disponible, calidad, 
confiabilidad (si requiere almacenamiento, bombeo o ambos), ubicación, 
aspectos legales y políticos, y costos. 
1.1.1.1 POZOS 
Existen algunas redes de distribución que incorporan pozos conectados 
directamente a la red para abastecer un tanque de almacenamiento o 
regulación. El gasto obtenido de un pozo está pendiente de varios constituyentes, 
que pueden resultar relevantes en proyectos nuevos o de rehabilitación de redes 
de distribución. Por tal motivo es imprescindible realizar estudios y pruebas de 
pozos para evitar problemas de sobrexplotación de acuíferos, contaminación del 
agua extraída, intrusión salina (cerca de las costas), etc. Un pozo debe estar 
correctamente ubicado, construido y operado para cumplir con un servicio 
adecuado. La Norma Oficial Mexicana NOM-003-CNA-1996 señala los requisitos 
indispensables que se deben cumplir para la construcción de pozos y evitar la 
contaminación de acuíferos. 
Dos aspectos básicos considerables en relación a los pozos son: 
(1) Las pruebas de bombeo permiten determinar el gasto y los niveles óptimos 
de operación. 
(2) La ubicación de varios pozos cercanos interfiere en su rendimiento, es 
decir, la cantidad de agua que se puede extraer de éstos durante el 
intervalo de servicio. 
1.1.1.1.1 CLASIFICACIÓN DE POZOS 
La clasificación de pozos puede ser de acuerdo a su comportamiento hidráulico: 
ordinario (de capa libre), o artesianos. En el pozo ordinario el agua se eleva hasta 
la altura del material saturado que lo rodea y está sometida solo a la presión 
atmosférica (acuífero libre). El agua en un pozo artesiano (hecho en un estrato 
impermeable o poco permeable) se eleva hasta un nivel determinado debido a 
la presión existente en el acuífero (acuífero confinado). Si la presión es suficiente 
para lograr que el agua alcance la superficie del terreno, es entonces un pozo 
artesiano brotante. 
 
FIGURA 1.1 POZO ORDINARIO 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 12 
 
FIGURA 1.2 POZO ARTESIANO 
Una clasificación más está en función de su profundidad: poco profundos, 
cuando tienen hasta 30 m de profundidad y profundos con más de 30 m. 
También se clasifican por su método de construcción: excavados, entubados y 
perforados. 
1.1.1.1.2 HIDRÁULICA DE POZOS 
El flujo del agua subterránea es un caso especial de flujo a través de un medio 
poroso. Se puede calcular si conocemos la velocidad, presión, densidad, 
temperatura y viscosidad del agua infiltrada a través de una formación 
geológica. Estas características son generalmente las incógnitas del problema y 
pueden variar en cada punto de la formación y con el tiempo. Si las incógnitas 
únicamente dependen de su posición, se trata de régimen permanente, si 
además son función del tiempo, el régimen es transitorio. El análisis en régimen 
transitorio es utilizado para predecir los rendimientos (producción) a largo plazo 
de los acuíferos. 
Para analizar el proceder del flujo en un acuífero se supone que el flujo alrededor 
del pozo es de acuerdo con la Ley de Darcy: 
V = KS (1.1) 
 
Donde: 
� V velocidad del flujo subterráneo, en m/día 
� K coeficiente de permeabilidad o constante de permeabilidad, en m/día. 
� S pendiente del nivel freático o gradiente hidráulico, adimensional 
El gradiente hidráulico se define como la pérdida de carga (m) entre la distancia 
recorrida por el flujo (m). 
En un acuífero libre la extracción de agua del pozo provoca un abatimiento 
gradual alrededor con forma circular (teóricamente, debido a la heterogeneidad 
del material alrededor del pozo), que se conoce como “cono de abatimiento”, 
debido al flujo radial hacia el pozo. 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 13 
 
FIGURA 1.3 FLUJO TEÓRICO EN UN CONO DE ABATIMIENTO 
En un régimen establecido, el gasto de un pozo ordinario está dado por: 
Q = πKH
2 − h2
ln(R r⁄ ) (1.2) 
 
Donde: 
� Q gasto extraído del pozo, en m3/s 
� H altura del nivel freático del agua antes del bombeo, en m 
� h altura del nivel del agua durante el bombeo, en m 
� H – h pérdida de carga, en m 
� R radio de la influencia, en m 
� r radio del pozo, en m 
 
FIGURA 1.4 CONO DE ABATIMIENTO EN UN POZO ORDINARIO 
 
 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 14 
En el caso de un pozo artesiano, el gasto se expresa como: 
Q = 2πKb H − hln(R r⁄ ) (1.3) Donde: 
� b espesor del acuífero confinado, en m 
En este caso se forma un cono de abatimiento piezométrico, es decir, un 
gradiente de presiones similar al que se presenta en un pozo ordinario. 
 
FIGURA 1.5 CONO DE ABATIMIENTO EN UN POZO ARTESIANO 
Cuando hay varios pozos cercanos puede presentarse una interferencia entre sus 
conos de abatimiento, y evidentemente en su producción. Así que es necesario 
realizar pruebas previas para determinar las condiciones apropiadas de 
operación de cada ellos. 
1.1.2 AGUA SUPERFICIAL 
El agua superficial es de fácil disponibilidad, pero tiene la desventaja de tener 
afectaciones por las variaciones climáticas, turbiedad, materias en suspensión, 
organismos vivos, oxígeno disuelto, mayores pérdidas por evaporación, entre otras 
(César, 1991), en ocasiones requiere de un tratamiento difícil. 
El agua superficial está disponible en estos medios: 
a) El agua contenida en ríos, lagos y acuíferos libres que no estén confinados. 
Son típicamente aguas blandas; por estar abiertas a la atmósfera tienen un 
alto contenido de oxígeno, el cual se oxida y remueve el fierro y el 
manganeso en las aguas crudas. 
b) El agua en una capa acuífera poco profunda, puede ser embalsada por 
una formación poco permeable o impermeable, y así el agua subterránea 
brota a la superficie del suelo. 
c) Si existe una falla o fisura en el estrato impermeable superior de un acuífero 
profundo que conduce agua a presión, es decir, agua artesiana, el agua 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTODE AGUA POTABLE 15 
puede llegar hasta la superficie del terreno y si el gradiente hidráulico es 
suficientemente alto, formará un pozo artesiano natural. Las fuentes de este 
tipo son, en general muy uniformes en un caudal y tienen pocas 
variaciones estacionales. 
d) Algunas fuentes de gran caudal nacen en cavernas de caliza, su origen 
puede ser debido a un afloramiento de materia porosa sobre terrenos muy 
altos, el agua puede escurrir horizontalmente o hacia abajo a través de 
una fisura que el agua misma haya agrandado por disolución. En este 
último caso el agua puede ser limpia, pero insuficientemente filtrada para 
ser segura. 
La captación de aguas superficiales, depende de las características hidrológicas 
de la corriente, las obras de captación pueden clasificarse en los siguientes tipos 
generales: 
� Para grandes variaciones en los niveles de la superficie libre. 
 a) Torres para captar el agua a diferentes niveles en las márgenes o en el 
punto más elevado de un río. 
b) Estaciones de bombeo flotantes. Pueden usarse en lagos o embalses. 
 
� Para pequeñas oscilaciones en los niveles de la superficie libre. 
 a) Estaciones de bombeo fijas, con toma directa en un río o en un cárcamo. 
b) Canales de derivación con, o sin desarenadores. 
 
� Para escurrimientos con pequeños tirantes. 
 
a) Presas derivadoras o diques con toma directa. 
b) Dique con caja y vertedor lateral. 
c) Dique con vertedor y caja central. 
Dentro de la estructura de captación, existe un mecanismo denominado 
“dispositivo de captación”, para obtener un adecuado funcionamiento 
hidráulico, puede consistir en un tubo, la pichancha de una bomba, una galería 
filtrante, un canal, etc. 
Para proyectar y ubicar las captaciones se considerar básicamente los siguientes 
aspectos (Steel y McGhee, 1981): 
� El origen de suministro, ya sea embalse, lago o río, porque afecta la 
posibilidad de amplias fluctuaciones del nivel del agua, de modo que, será 
un factor determinante. 
� El carácter de los alrededores de la captación, nivel de agua, topografía, 
efectos de las corrientes sobre la estructura, socavación del terreno, etc. 
� La ubicación con respecto a los focos de contaminación. 
� Presencia de materiales flotantes tales como hielo, troncos y vegetación. 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 16 
1.2 CONDUCCIÓN 
Por lo general, debido a que la fuente está situada a una larga distancia de la 
población por abastecer, será necesario transportar el agua en conductos 
abiertos o cerrados, proporcionándole la energía necesaria por gravedad o 
bombeo. 
Se denomina líneas de conducción a las obras destinadas al transporte de agua 
potable de las obras de captación hacia un punto específico, pudiendo ser éste 
un cárcamo, un tanque de regularización, una planta potabilizadora, etc. 
Cuando son utilizados canales abiertos, existe la posibilidad de utilizar materiales 
baratos y ahorrar con ello el coste de la cubierta; sin embargo se presentan varias 
desventajas tales como el peligro de contaminación del agua, pérdidas por 
infiltraciones y evaporación, el ajuste al gradiente hidráulico, etc. 
Para la fabricación de los tubos, se han utilizado diversos materiales, entre los 
cuales se distinguen la arcilla vitrificada, madera, plomo, hierro fundido, acero y 
concreto. A través del tiempo algunos de estos materiales han sido relegados y en 
la actualidad los tubos más utilizados son fabricados a partir de asbesto, acero, 
concreto reforzado y plástico (polietileno y PVC). Durante la elección del tipo de 
tubería a emplear en una obra a fin, se analizan entre otras características del 
material: resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, durabilidad, rugosidad, 
flexibilidad, ligereza, costo de instalación, condiciones de operación, espesores y 
diámetros comerciales, etc. 
De acuerdo con la experiencia adquirida, existen recomendaciones para la 
selección adecuada de una tubería. No obstante, para cualquier proyecto los 
principales factores a considerar son: calidad y cantidad de agua por conducir, 
características topográficas de la conducción, así como calidad del terreno por 
excavar y costos de suministro e instalación. 
La elaboración de una tubería hecha con cualquiera de los materiales antes 
mencionados tendrá que cumplir con una serie de normas de calidad, con las 
que se tiene un particular cuidado en la presión interna de trabajo. Dichas 
normas, son establecidas por las autoridades gubernamentales y están en función 
del material que se trate. 
Las líneas de conducción son constituidas por tramos rectos y curvos para 
ajustarse a la topografía del sitio de proyecto, por cambios que se presentan en la 
geometría de la sección y por diversos elementos que ayudan por un lado a 
controlar el flujo en la tubería y por otro a proteger el funcionamiento de la línea 
de conducción para que sea eficiente. Entre los dispositivos de control y 
protección se encuentran juntas flexibles, válvulas de mariposa, válvulas de globo, 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 17 
válvulas de alivio contra golpe de ariete, desagües, etc., éstos son necesarios si 
hay equipo de bombeo. 
Existen también conducciones cerradas construidas in situ denominadas 
acueductos, en donde se puede emplear materiales locales, y que a pesar de 
representar una menor inversión inicial y de mantenimiento, ya no se construyen 
salvo en casos especiales, debido a que proporciona un ineficiente 
funcionamiento hidráulico y a la desventaja de que debe construirse a su tamaño 
y capacidad definitivos, impidiendo a largo plazo, adicionar adaptaciones a la 
obra de acuerdo a las necesidades. 
1.3 PLANTAS POTABILIZADORAS 
Una planta de tratamiento es la obra de ingeniería civil con las unidades 
necesarias para modificar favorablemente las características de cierta agua. 
Dentro de las unidades de la planta de tratamiento hay determinados procesos 
que garantizan la seguridad del agua para usos generales: doméstico, industrial, 
comercial y de servicios. 
El carácter de tratamiento está en función de la naturaleza del agua; la que, a su 
vez, está influenciada por su origen y calidad final requerida. El agua de fuentes 
superficiales demandará seguramente un proceso de tratamiento. El agua 
subterránea está menos expuesta a la contaminación así que su tratamiento 
puede ser prescindible. 
Potabilización, son las operaciones y procesos físicos y/o químicos que se 
administran al agua a fin de mejorar su calidad y hacerla apta para uso y 
consumo humano. 
La calidad adecuada es fundamental para prevenir y evitar la transmisión de 
enfermedades, así que se requiere establecer límites permisibles en cuanto a sus 
características bacteriológicas, físicas, organolépticas, químicas y radiactivas. En 
la Norma Oficial Mexicana NOM-127-SSA1-1994 "Salud ambiental, agua para uso y 
consumo humano” se especifican estos límites permisibles de calidad y 
tratamientos a que debe someterse el agua para su potabilización. 
La planta potabilizadora puede ser diseñada para tratar agua cruda de cualquier 
tipo de fuente. Dependiendo de la calidad de ésta y de la calidad final, se 
incluirán uno o más procesos. 
En general el concepto de tratamiento posible es coagular las partículas 
suspendidas que causan turbiedad, sabor, olor y color para que puedan ser 
removidas por sedimentación y filtración. 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 18 
En las aguas superficiales existen contaminantes peligrosos, cuando son más o 
menos turbias, y es necesaria la coagulación, sedimentación, filtración y 
desinfección. 
En los sistemas de instalaciones de tratamiento se consigue una sedimentación 
rápida y la eliminación de partículas coloidales, por medio de la coagulación 
química seguida de filtración. 
La eliminación o reducción de sabores y olores se consigue por aireación, 
agentes químicos oxidantes y absorbentes. El ablandamiento, la oxidación y la 
precipitación del hierro y manganeso, la estabilizaciónpara prevenir la corrosión 
o incrustación en los sistemas de distribución y la desinfección, constituyen 
métodos de tratamiento comunes. Algunas técnicas más complejas, tal como el 
intercambio iónico, ósmosis inversa, electrodiálisis y destilación, se utilizan en 
algunas poblaciones e industrias donde las características del agua sin tratar o la 
calidad de ésta son tales que precisan su uso. 
1.4 TANQUES DE REGULACIÓN 
El almacenamiento para la distribución permite que la planta de potabilización 
siga trabajando durante el período de tiempo en el que no se tiene una 
demanda alta, es decir, equilibra el suministro de agua con la demanda. En el 
caso de que hubiese equipo de bombeo, ayuda a igualar el rendimiento de las 
bombas durante su lapso de trabajo. 
Los tanques utilizados en sistemas de distribución de agua potable son además 
para garantizar la cantidad y la presión disponible en la red y facilitar así un 
servicio adecuado para los consumidores en toda la zona de interés. En una 
ciudad, en donde el régimen de consumo es variable, normalmente la demanda 
de agua desciende durante el lapso comprendido entre las nueve de la noche y 
las siete de la mañana y aumenta durante el día. 
Un almacenamiento para la distribución reduce el costo de operación del 
sistema, debido a que se compensan los caudales de demanda de la fuente de 
abastecimiento, los medios de producción, las líneas de conducción y 
distribución, no necesitando ser tan grandes las capacidades de estos elementos. 
En la mayoría de los casos se requiere una estación elevadora para obtener la 
presión suficiente y lograr que el agua fluya a través de la red de distribución. Son 
utilizadas bombas para elevar el agua después de ser potabilizada. Las bombas 
pueden descargar toda o parte del agua en depósitos, que suministran el agua 
necesaria en emergencias. 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 19 
Estos depósitos de acuerdo con la construcción pueden ser superficiales o 
elevados. Los superficiales se emplean si hay terrenos elevados cerca de la zona 
de servicio. 
Generalmente se disponen tubos separados de entrada (línea de conducción) y 
salida (línea de alimentación), o un solo tubo por donde se conduce el agua 
para entrar y salir del almacenamiento (tanques elevados). En este último caso se 
dice que el almacenamiento es “flotante” en el sistema, porque cuando el 
abastecimiento excede la demanda entra agua al almacenamiento, y cuando 
la demanda rebasa el abastecimiento sale el agua del almacenamiento 
(regulación). 
Para ambos tipos de almacenamiento se utilizan válvulas de altitud, que emplean 
un flotador que determina el nivel al cual deben cerrarse. Además de un 
rebosadero o drenaje, con igual capacidad que el almacenamiento en donde el 
agua pueda escapar en caso de una falla de la válvula. Para determinar la 
eficiencia del funcionamiento de los almacenamientos se debe tener registro del 
nivel del agua, mediante un observador o con dispositivos especiales. 
Los tanques de distribución tienen un volumen específico de almacenamiento de 
agua, este se compone del volumen para regulación, para almacenar (en caso 
de falla en la fuente o para emergencias) y uno más para combate contra 
incendios. Según la función del tanque, puede ser de regulación o 
almacenamiento (a la que se le de mayor importancia). Lo más frecuente es 
utilizar el tanque para para regular (tanque de regulación), minimizando los 
volúmenes para almacenamiento y combate contra incendios. 
Es conveniente indicar que la línea de conducción se diseña con el gasto máximo 
diario Qmd, y la línea de alimentación y la red de distribución con el gasto máximo 
horario Qmh en el día de máxima demanda. Así la red y la línea de alimentación 
conducen más gasto durante las horas de mayor demanda y la línea de 
conducción un gasto menor, pero el abastecimiento está asegurado con la 
existencia de un tanque de regulación. Con ésta disposición se tiene una mayor 
economía en la línea de conducción. 
En un sistema de abastecimiento es conveniente ubicar el almacenamiento en el 
centro de la zona de servicio para tener diámetros económicos en las tuberías de 
la red y mantener uniformidad en las presiones disponibles. (CONAGUA, 2007) 
Un tanque de almacenamiento dispone capacidad para: 
1. Regular un abastecimiento constante de la fuente y la demanda variable 
de la zona de servicio. Esto permite que las bombas y plantas de 
tratamiento puedan operar con un gasto constante, elevar su eficiencia y 
reducir su capacidad. La capacidad de almacenamiento requerida está 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 20 
en función de las fluctuaciones de la demanda horaria en el día de 
máxima demanda, también del período de bombeo; y se calcula en 
forma tabular o gráfica. 
2. Combatir incendios, que depende del tamaño de la población a la que se 
da servicio. 
3. Emergencias debidas a la falla de: la toma, la energía eléctrica, de las 
instalaciones de conducción y de bombeo. La capacidad depende de la 
extensión de los daños y el tiempo para la reparación respectiva, así como 
de la línea de conducción. 
La capacidad de almacenamiento se consigue ajustando razonablemente los 
tres propósitos anteriores. Por ejemplo, puede presentarse un incendio en el 
día de máxima demanda, así que se considera este evento de dos 
condiciones para el dimensionamiento del tanque. La capacidad que 
corresponde a emergencias puede ser muy grande por lo que usualmente no 
es considerada. 
Por otra parte, los tanques de regulación facilitan: 
1. Regular las presiones en la red y así reducir las fluctuaciones de presión 
debidas a las variaciones de la demanda. Esto provee un mejor servicio 
a los consumidores y la presión necesaria para combatir incendios. 
2. Elevar la presión de los puntos extremos de los tanques de 
almacenamiento y estaciones de bombeo, y mejorar el servicio durante 
períodos de hora pico. 
3. Regular la carga de las bombas. Se dispone de tanques de regulación 
cerca de las estaciones de bombeo para que las cargas sean más 
uniformes. Esto interviene para la selección, operación y eficiencia de 
las bombas. 
1.4.1 TIPOS DE TANQUES 
a) Tanques superficiales: Los depósitos que se construyen sobre la superficie 
de un terreno y también bajo nivel del suelo compensando cortes y 
rellenos, de hecho se pueden construir aún bajo el nivel del suelo, para 
evitar el congelamiento del agua en sitios donde se presentan bajas 
temperaturas (nevadas o heladas por varios días). 
Es conveniente ubicarlos cerca de la población, en lomeríos con altura 
adecuada, para que la diferencia entre el nivel del agua en el estanque 
estando lleno y el punto más bajo por abastecer sea de 50 m. 
Generalmente son de forma rectangular, aunque existen circulares. Las 
paredes del tanque se construyen usualmente de mampostería, concreto 
reforzado y concreto presforzado (elementos prefabricados) dependiendo 
del tamaño del tanque. Los tirantes del agua pueden ser desde 1 m hasta 
3.5 m en mampostería y de 2 a 5.5 m para concreto reforzado con 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 21 
capacidades de hasta 10,000 m3, y de 5 a 9 m con capacidades desde 
5,000 hasta 50,000 m3 en concreto presforzado. 
Para proteger el agua de la contaminación, los tanque están hechos 
teniendo solamente respiraderos protegidos por tela o alambre que evita 
la entrada de roedores y otros animales. Al darle pendiente al techo del 
tanque y con un mecanismo de drenaje exterior se protege del agua de 
lluvia. Tiene registros para mantenimiento y limpieza del tanque. 
b) Tanques elevados: Si no es posible construir un tanque superficial, porque 
no hay proximidad entre la zona a servir y un terreno con elevación 
adecuada se utilizan éstos tanques. El tanque elevado es una estructura 
que incluye el depósito, la torre (estructura de apoyo) y demás accesorios. 
Las torres frecuentemente se construyen de acero y de concreto reforzado. 
Su capacidadoscila entre 10 y 1,000 m3 y su altura entre 10 y 20 m. 
Su ubicación tiene mayor beneficio si está en el centro del área de 
consumo, pero en zonas grandes es recomendable distribuir varios tanques 
adecuadamente. 
c) Columnas reguladoras: Una columna reguladora es un tanque de forma 
cilíndrica vertical, que ocupa poco espacio en planta y de gran altura en 
comparación con su diámetro. Se utilizan cuando los tanques superficiales 
no proporcionan la presión mínima necesaria para abastecer las 
edificaciones. 
Son generalmente construidos de acero o de concreto reforzado con 
capacidades entre 200 y 16,000 m3. 
1.4.2 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DEL 
. TANQUE REGULADOR 
El tanque de regulación se diseña para que almacene el agua que se acumula 
durante los intervalos de gasto de salida (conducido a la red) y mantener 
además ahí un volumen de reserva destinado a satisfacer los requerimientos 
cuando el gasto de salida es mayor que el de ingreso (horas de mayor 
demanda). Así que resulta de importancia la determinación de la demanda, la 
ley de la derivación horaria que la rige y establecer, a partir de esta derivación, la 
correspondiente derivación dentro del tanque. 
Algunas ocasiones, el gasto que ingresa a un tanque no es constante, por 
ejemplo, cuando es abastecido por bombeos cuya política de operación varía a 
lo largo del día. Entonces es preciso establecer el valor del gasto de ingreso en 
forma horaria, e inclusive es recomendable establecer la variación con base en 
registros del valor del caudal durante varios días, porque pueden existir diferencias 
de un día a otro que conviene uniformizar para obtener valores medios 
representativos. También se puede presentar el caso de que el gasto de ingreso 
sea constante en una temporada pero varíe en ciertas épocas del año, por 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 22 
ejemplo, en algunos casos el tanque es abastecido por manantiales. Para este 
caso es importante no ignorar estas variaciones y diseñar el tanque para la 
condición más desfavorable del gasto mínimo de suministro. 
Existen dos métodos para calcular el volumen del tanque regulador. El cálculo 
puede ser directamente con los volúmenes que tendrá el tanque ó con 
porcentajes del volumen demandado (por hora o por día). El método es analítico 
y gráfico respectivamente. 
El análisis es en intervalos de una hora con las condiciones críticas tanto de 
demanda como de abastecimiento del tanque. 
1.4.2.1 METÓDO ANALÍTICO 
Este método determina la variación del volumen del tanque dado el gasto de 
ingreso y la ley de variación horaria de la demanda expresada como un 
porcentaje del gasto medio demandado por la población. 
Se elabora una tabla de cálculo, se anota en la primer columna el intervalo de 
tiempo (una hora: 0 - 1, 1 - 2,...). En la segunda columna se anota el gasto de 
entrada al tanque. En la tercer columna se calcula el volumen de agua que se 
acumula durante el intervalo con el gasto indicado en la segunda columna (si el 
gasto de entrada es constante a lo largo del día puede optarse por solo calcular 
esta columna). Al elaborar la segunda columna, en caso de tener varias fuentes 
deberán considerarse las horas en que operan y sumar los gastos según sea 
necesario. 
Una vez que se calcularon los volúmenes disponibles en el tanque para satisfacer 
la demanda, se calculan los volúmenes demandados por la población. Dado que 
se han hecho los estudios respectivos (período de diseño, población de proyecto, 
dotación, gasto medio diario, etc.), se conoce el gasto medio diario y el tipo de 
población. De acuerdo con el tipo de población se propone una ley de variación 
horaria de la demanda, si se cuenta con registros de consumos de la población 
puede determinarse la ley de variación horaria local. La ley de variación horaria 
establecida se anota en la cuarta columna de la tabla de cálculo. A 
continuación, en la quinta columna se anota el producto del gasto medio diario 
por el coeficiente de variación horaria, que representa el gasto horario de 
demanda de la población. Una vez conocido éste gasto, se calcula el volumen 
demandado de agua por hora, el cual se anota en la sexta columna de la tabla. 
Una vez determinados los volúmenes disponibles en el tanque y los demandados 
por la población a cada hora, puede hacerse un balance entre ambos para 
determinar la capacidad del tanque regulador. Una condición de hacerlo, 
consiste en restar el volumen de salida del tanque (Vs) al volumen de entrada al 
mismo (Ve), es decir, calcular el valor de Ve - Vs. Tal valor se anota en la séptima 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 23 
columna. Se distingue que algunos valores tienen signo negativo, lo cual se debe 
a que existen déficits, es decir, faltantes para cubrir la demanda. Finalmente, se 
anota en la octava columna una suma acumulada de las diferencias, incluyendo 
su signo. 
Para determinar la capacidad del tanque se sumará el valor absoluto del máximo 
déficit encontrado en la octava columna y el máximo superávit, lo cual 
representará el volumen útil que deberá tener el tanque para regular la 
demanda. 
Para comprobar dicho volumen puede adicionarse a la tabla de cálculo una 
novena columna donde se supone un volumen inicial igual al máximo déficit 
presentado en la octava columna y se realiza la suma acumulada de las 
diferencias al igual que en la octava columna. De hecho en la octava columna 
se inicia con el tanque vacío, y la novena columna tiene en cuenta el máximo 
déficit que pudiera presentarse por lo que no se tiene ningún valor negativo en 
dicha columna (no se presentan déficits). Pueden hacerse varios ensayos con 
volúmenes iniciales menores o mayores al máximo déficit presentado en la 
octava columna y observar el proceder del tanque para diferentes volúmenes 
iniciales. 
Una variante del método consiste en definir los porcentajes de los volúmenes 
disponibles (de acuerdo a las políticas de operación) y de demanda (de acuerdo 
a la ley de variación horaria) a cada hora y realizar el balance con base en 
dichos porcentajes. 
La ventaja de utilizar porcentajes radica en el hecho de que se puede observar el 
comportamiento del tanque sin conocer los volúmenes de ingreso o de salida del 
tanque. 
En general, se observa que en caso de abastecer a la población por intervalos de 
operación de bombas, pozos, etc., el máximo déficit se presentará al finalizar el 
período más largo de inactividad en el suministro o al terminar el intervalo de 
mayor consumo, y el máximo superávit (volumen máximo acumulado en el 
tanque) se presentará al finalizar el período de suministro de mayor duración o 
volumen (dependiendo de la fuente) o al acabar el intervalo de menor 
demanda. 
A fin de diseñar un tanque de regulación más económico pueden ensayarse 
varias opciones de abastecimiento al tanque, como pueden ser: abastecer de 
mayores volúmenes al tanque durante las horas pico (lo cual puede hacerse si se 
cuenta con varias bombas), o abastecer al tanque durante los períodos de mayor 
demanda (evitando el abastecimiento al tanque en los períodos de menor 
demanda pues se debe almacenar mayor cantidad de agua). 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 24 
En algunos casos, puede representar una buena opción optimar lo más posible las 
políticas de operación de bombas de suministro al tanque, buscando que las 
diferencias anotadas en la séptima columna sean mínimas, es decir, que 
idealmente las diferencias fueran "cero", pero por políticas de operación 
conviene uniformizarlas por períodos de 4, 6, 8, o 12 horas para que sean mínimas. 
En caso de que no puedan implantarse políticas óptimas de operación, puede 
buscarse un abastecimiento continuo al tanque procurando que el gasto medio 
diario de abastecimiento sea igual al gasto medio diario de consumo de la 
población. 
1.4.2.2 METÓDO GRÁFICO 
Este método es muy semejante al anterior, pero en lugar de utilizar una tabla de 
cálculo se trazan los volúmenesacumulados con respecto al tiempo en una 
gráfica. Esta gráfica se conoce como "curva masa" o diagrama de Rippl. En lugar 
de los volúmenes también pueden utilizarse los porcentajes. 
 
FIGURA 1.6 CURVA MASA 
Entre las características de esta curva se encuentran: 
a) La diferencia entre dos ordenadas mide el volumen en cada intervalo del 
tiempo: 
V2 − V1 = VOLUMEN ENTRE t1 − t2 (1.4) 
 
b) La pendiente de la tangente en un punto de la curva mide el gasto del 
punto: 
Q = dVdt =
V2 − V1
t1 − t2
 (1.5) 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 25 
c) La línea que une dos puntos de la curva tiene una pendiente que 
representa el gasto medio entre estos dos puntos, o intervalo. 
Cuando se tienen varias curvas masa debido a que el tanque cuenta con varias 
entradas o salidas, se suman para obtener las curvas resultantes representativas, 
tanto de entrada como de salida. 
El volumen del tanque se obtiene gráficamente al combinar las curvas masas de 
ingreso y de salida trazándolas en un mismo sistema de ejes coordenados (TIEMPO-
VOLUMEN). 
Si la curva masa de entrada está por arriba de la curva de salida representa un 
excedente; en caso contrario, equivale a un faltante. 
Como todos los métodos gráficos, éste es susceptible de error en la apreciación 
de las lecturas; además, requiere cierta destreza para trazar las curvas. 
Finalmente, puede resultar difícil ajustar gráficamente las curvas para lograr un 
balance entre los ingresos y las demandas. Por lo anterior puede ser más 
conveniente usar el método analítico para diseñar un tanque de regulación. 
1.5 BOMBAS 
La gran mayoría de los sistemas de distribución y líneas de conducción disponen 
de bombas en sus instalaciones para conducir el agua y mantener presiones 
requeridas. En abastecimiento de agua se utilizan para elevar el agua desde 
fuentes superficiales o subterráneas y conducirlas hasta plantas de tratamiento, 
almacenamientos, o directamente a la red de distribución. También facilitan 
incrementar la presión para servir áreas de servicio ascendentes (booster). 
1.5.1 EMPLEO DE LAS BOMBAS EN EL SISTEMA 
. DE ABASTECIMIENTO 
La selección de una bomba en un sistema de abastecimiento está en función de 
que los costos de adquisición, instalación, operación y mantenimiento sean 
mínimos; no se necesite un control de velocidad variable, y se utilice sólo una 
bomba en demandas pico si es posible, además de que los procedimientos de 
control y operación sean sencillos. 
Las tuberías de conducción y abastecimiento de agua utilizan casi 
exclusivamente bombas del tipo rotodinámicas. Este dispositivo tiene un impulsor 
rotatorio (propulsor) confinado dentro de una cubierta. El impulsor está 
compuesto por cierto número de vanos (álabes) que fuerzan el líquido hacia 
afuera de la cubierta por acción centrífuga o normal al plano de los álabes. 
Algunas bombas combinan ambas acciones a través de la curvatura y 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 26 
orientación de los vanos. La bomba puede ser de una sola etapa o de varias 
según el número de impulsores contenidos dentro de la misma cubierta. 
En una bomba de flujo radial el agua entra en el centro del impulsor y es forzada 
hacia afuera, contra la carcasa, por la fuerza centrífuga. Así, la energía 
mecánica (que es suministrada al motor por energía eléctrica) es convertida a 
energía cinética, la cual a su vez es convertida en energía de presión por un 
conducto circular gradualmente divergente llamado voluta. 
 
FIGURA 1.7 BOMBA CENTRÍFUGA 
1.5.2 CURVAS CARACTERÍSTICAS 
La eficiencia de las bombas rotodinámicas es descrita a través de curvas 
características, aquí la carga H, la potencia W y la eficiencia de la bomba son 
graficados contra el gasto Q. También se ha trazado la curva de carga del 
sistema, una suma de la carga estática y de las pérdidas. El punto de intersección 
de la curva CARGA-GASTO y la curva de CARGA DEL SISTEMA determina el punto de 
operación. La bomba se selecciona con eficiencia tan alta como sea posible en 
un amplio rango de condiciones de operación. 
La descarga de la bomba puede ser regulada: 
(a) Por una válvula en tubo de descarga 
(b) Variando la velocidad de la bomba 
(c) Teniendo diferentes combinaciones de bombas. 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 27 
 
FIGURA 1.8 CURVAS CARACTERÍSTICAS 
Las bombas pueden ser combinadas para que trabajen en serie o en paralelo. En 
serie se suman las cargas, y en paralelo se suman los gastos. 
En edificios altos se dispone éste tipo de combinaciones de bombas, el agua es 
elevada por etapas a los puntos más altos con rebombeos en pisos intermedios. 
Así se reduce la presión en tubos y carcasas de las bombas de los pisos más bajos. 
La combinación de bombas en paralelo es más común cuando las bombas 
surten agua variando en cantidad (de la demanda mínima a la máxima) y carga 
(fuente en alto nivel y almacenamiento vacío a fuente a bajo nivel y 
almacenamiento casi lleno). Se pueden instalar bombas con diferentes 
capacidades para que durante su operación se realicen diferentes 
combinaciones para obtener la máxima eficiencia. 
 
FIGURA 1.9 BOMBAS EN PARALELO 
La bomba eleva el agua desde la fuente hasta la línea del eje del impulsor por 
medio de un vacío parcial, la altura donde el agua puede ser elevada por 
succión, es decir, altura de aspiración, es limitada. Tal succión es obtenida 
restando la suma de la presión de vapor del agua, pérdidas totales, y carga de 
velocidad en el tubo de aspiración a la presión atmosférica. Si el límite es 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 28 
excedido (depende de la altura de aspiración existente y la requerida por la 
bomba), aparece un fenómeno llamado cavitación, consistente en vibraciones, 
ruido y desgaste del impulsor de la bomba (formación de pequeños agujeros). 
Para evitar la cavitación, es recomendable limitar la altura de aspiración hasta un 
máximo de 6 m. 
1.5.3 ANÁLISIS DEL FUNCIONAMIENTO 
Para analizar el funcionamiento hidráulico de una bomba en tuberías se requiere 
modificar la ecuación de la energía para agregar la energía (expresada como 
carga de presión, en metros de columna de agua) suministrada por la bomba: 
z1 +
P1
γ +
v12
2g + HB = z2 +
P2
γ +
v22
2g +∑hf1−2 (1.6) 
 
Donde: 
� z1 y z2 son las cotas de referencia, en m 
� P1 y P2 son las presiones, en kgf/m2 (1kgf/m2 = 9.81x108 Pa) 
� γ es el peso volumétrico del agua (1kgf/m3=9.81N/m3) 
� v1 y v2 son las velocidades, en m/s 
� g es la aceleración de la gravedad (9.81 m/s2) 
� HB es la carga suministrada por la bomba, en m 
� Σhf1-2son las pérdidas de fricción en el conducto, en m. 
Los subíndices 1 y 2 se refieren a las secciones de cálculo. 
HB representa la energía agregada por la bomba a cada kgf de agua que pasa 
a través de la bomba. En el caso de bombas de varias etapas o bombas en serie, 
HB es la suma de los incrementos de carga a través de cada etapa o bomba. 
El incremento de carga a través de la bomba es función del gasto bombeado y 
es determinado experimentalmente por el fabricante. Tal información se presenta 
en las curvas características de la bomba. También incluye información relativa a 
la eficiencia de la bomba y a los requerimientos de energía. A veces contiene 
además las curvas características de bombas de diferentes tamaños o similares. 
En una instalación de bombeo es importante conocer la relación que existe entre 
la energía agregada al agua (HB) y la potencia suministrada a la bomba. La 
potencia agregada al agua mientras circula a través de la bomba es: 
W = γQHB76 (1.7) 
 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 29 
Donde: 
� Q es el gasto, en m3/s 
� W es la potencia agregada al agua, en HP. 
La potencia proporcionada a la flecha de la bomba por el motor difiere de la 
anterior porque existen pérdidas por fricción, pero se relaciona con la eficiencia 
de la bomba así: 
W = ηWf (1.8) 
 
Donde: 
� Wf es la potencia aplicadaa la flecha de la bomba, en HP 
La eficiencia total de las bombas varía entre 70 y 90% y se determina con pruebas 
de laboratorio bajo diferentes condiciones de operación. 
1.5.4 CURVAS DE REQUERIMIENTO DE CARGAS 
. DEL SISTEMA 
Es preciso analizar varias condiciones de operación y distinguir las que modifican 
la carga y gasto (incluyendo la potencia y eficiencia) de la bomba. Un método 
gráfico es particularmente útil, especialmente si el número de bombas en 
operación varía y los niveles en los almacenamientos o los requerimientos de 
presión fluctúan. 
Se procede a graficar los resultados de la ecuación de la energía, que incluye la 
proporcionada por la bomba, para cada una de las condiciones propuestas de 
operación en una curva GASTO Q – CARGA HB�“curva de demanda del sistema”. 
Después, las características del conjunto de bombeo se expresan en términos de 
una curva GASTO – CARGAS TOTALES del arreglo de bombas, y se traza para cada 
posible situación de operación �“curvas de abastecimiento de bombas”. Los 
puntos donde las curvas de demanda y de abastecimiento se intersectan son 
condiciones de operación para este arreglo particular de bombas. 
1.5.5 CONSIDERACIONES DE SUMERGENCIA Y 
. CAVITACIÓN 
Dos aspectos básicos en la instalación de una bomba: la sumergencia del tubo 
de succión y la prevención de la cavitación. La sumergencia del tubo de succión 
es la distancia del agua a la entrada del tubo de succión, que debe evitar la 
entrada de aire a la bomba. 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 30 
Si la sumergencia no es adecuada, se forman vórtices (torbellinos) que permiten 
la entrada de aire al tubo de succión. Esto se distingue fácilmente en el cárcamo 
de bombeo. 
El Instituto de Hidráulica de los Estados Unidos (Hydraulics Institute) ha publicado 
guías estándares para determinar la sumergencia adecuada en instalaciones de 
bombeo. Por otro lado, los fabricantes proveen datos para determinar la 
sumergencia en sus modelos de bombas. 
 
FIGURA 1.10 VALORES DE LA SUMERGENCIA EN BOMBAS TIPO TURBINA (ROTODINÁMICA DE TIPO AXIAL) 
La ocurrencia de cavitación es determinada en pruebas de laboratorio. La 
cavitación se presenta si el gasto y la localización de la bomba facilitan que la 
presión de ésta caiga hasta la presión de vapor del agua. Así baja la eficiencia, 
hay posibles problemas de vibración, y si continúa períodos considerables puede 
darse la falla en los componentes de la bomba. 
La información de los fabricantes que puede utilizarse para el diseño de 
instalaciones de bombeo y evitar la cavitación se detalla de varias formas. La más 
simple y menos útil es la “carga de succión”, corresponde a la máxima altura 
supuesta a la que se puede ubicar la bomba sobre el cárcamo de bombeo para 
lograr la curva de eficiencia garantizada por el fabricante. Pero si se tienen 
condiciones inusuales no se tiene claro que hacer. 
Una expresión fundamental para prevenir el deterioro por cavitación en la 
eficiencia es la carga de succión positiva neta (CSPN): 
CSPN = P0γ −
Pv
γ − z1 − hf1−2 (1.9) 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 31 
Donde: 
� P0 es la presión ambiental (atmosférica) 
� Pv es la presión de vapor del líquido 
� zi es la elevación del impulsor sobre el nivel del almacenamiento 
� hf1-2 es la pérdida de carga entre el cárcamo y el impulsor de la bomba. 
La mayoría de los fabricantes proporcionan una curva GASTO-CSPN (NPSHR, net 
positive suction head required). De esta forma, con éste valor y la ecuación 
previa se puede calcular el valor de zi para valores anormales de P0 y Pv. 
Es de importancia señalar que la cavitación y los daños consecuentes pueden 
ocurrir aún con la CSPN recomendada por el fabricante; porque la cavitación 
inicia antes que se note un cambio en la eficiencia de la bomba. Si durante la 
operación se bombean gastos por debajo, o bien, por arriba de la capacidad 
normal, el prevenir la cavitación puede requerir valores de la CSPN mayores a los 
recomendados por el fabricante. Entonces es recomendable asignar valores 
conservadores de la sumergencia. 
1.5.6 RELACIONES DE SIMILITUD DE BOMBAS 
Los principios hidráulicos de similitud de bombas tienen una aplicación importante 
en situaciones de bombeo a velocidad constante y golpe de ariete causado por 
el paro de bombas. Los principios de similitud facilitan predecir cargas, gastos y 
pares de motores en un rango de velocidades si se utiliza la información básica 
dada con un solo valor de velocidad. 
Las velocidades de flujo son proporcionales a Q/D2 y las velocidades del impulsor 
son proporcionales a ND, donde D es una dimensión típica de la bomba 
(diámetro del impulsor) y N es la velocidad de rotación en revoluciones por 
minuto (rpm). La similitud cinemática requiere que las relaciones de las siguientes 
ecuaciones sean constantes: 
Q1
N1D13
= Q2N2D23
 (1.10) 
 
Existen además ecuaciones de la carga HB, el par motor T y la potencia W, en 
función de la velocidad y el tamaño de la bomba: 
HB1
N12D12
= HB2N22D22
 (1.11) 
 
T1
N12D15
= T2
N22D25
 (1.12) 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 32 
W1
N13D15
= W2
N23D25
 (1.13) 
 
Estas relaciones permiten predecir cambios en el gasto, carga y requerimientos 
de energía en bombas de diferente tamaño (impulsores recortados) o bombas 
operando a diferentes velocidades. La precisión de la predicción depende de los 
cambios de velocidad y de tamaño con respecto de las condiciones de prueba. 
En condiciones de golpe de ariete, los decrementos de gasto y par motor de la 
bomba se calculan con las ecuaciones previas utilizando D1/D2 = 1.0 (igual 
bomba). Las velocidades varían así sucesivamente. 
Bajo estas condiciones las leyes de similitud son el mejor estimador del 
comportamiento de la bomba a cualquier velocidad. 
1.5.7 SELECCIÓN DE BOMBAS 
En las etapas iniciales de la selección del equipo de bombeo, es útil tener la idea 
del tipo de bomba, o bien, la configuración del conjunto de bombeo que sea 
requerido; especialmente cuando se van a instalar varias bombas. Por lo general, 
se aplica el término de velocidad específica (NS): 
NS =
N√Q
H34
 (1.14) 
 
Donde: 
� N es la velocidad de la bomba, en rpm 
� Q es el gasto, en gpm ó m3/s 
� H es el incremento de carga proporcionado por la bomba, en ft ó m 
Esta ecuación es para bombas de una sola etapa y de succión simple. Para 
bombas de doble succión se emplea la mitad del gasto de la bomba, y en el 
caso de bombas con varios impulsores, se utiliza la carga por etapa. 
Los valores de la velocidad específica se calculan en los puntos de máxima 
eficiencia, y el valor numérico es típico del tipo de bomba. Por ejemplo, las 
bombas con valores de NS menores a 20 (1,000 en sistema inglés) son 
comúnmente bombas centrífugas (flujo radial); y con valores mayores a 200 
(10,000) son frecuentemente bombas de flujo axial (tipo turbina). 
 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 33 
 
FIGURA 1.11 EFICIENCIA Y TIPO DE IMPULSOR EN FUNCIÓN DE LA VELOCIDAD ESPECÍFICA 
El valor de velocidad específica es muy útil para establecer una configuración 
inicial de bombeo. Se calcula la velocidad específica en determinada situación, 
y después este valor facilita seleccionar el tipo y número de bombas. 
1.6 RED DE DISTRIBUCIÓN 
Una red de distribución es el conjunto de tuberías, accesorios y estructuras que 
conducen el agua desde tanques de servicio hasta las tomas, o bien a las 
conexiones especiales como los hidrantes públicos. 
La finalidad principal de un sistema de distribución es suministrar el agua con los 
siguientes requisitos: en cantidad suficiente, con calidad específica y con la 
presión requerida en toda la zona por abastecer, además de que el costo sea 
accesible a la economía de los usuarios. 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 34 
Los factores determinantes en el diseño de la red son los siguientes: 
� Topografía de la localidad. Es conveniente diseñaruna sola red de 
distribución que abastezca cualquier punto de una localidad. En zonas 
urbanas no siempre conviene tener una red única que cubra todas las 
calles, unas veces por tener que distribuir agua de distinta procedencia y 
que llegan a la localidad a niveles distintos; otra porque no sea posible 
situar el tanque de regularización de modo que domine toda la zona por 
abastecer para dar presiones adecuadas, principalmente cuando el 
desnivel entre los puntos más altos y más bajos es mayor a 50 m. 
� Planimetría de la localidad. Este factor es determinante para seleccionar el 
tipo de red por diseñar. En localidades en que se tiene una zona poblada 
concentrada o dispersa, debe estudiarse cuidadosamente la localización 
de tuberías, tomando como base el plano de predios habitados, el que se 
obtendrá el año que se efectué el proyecto, a fin de definir las etapas de 
construcción inmediata y futura. 
� Gasto por distribuir. La red se diseña generalmente con el gasto máximo 
horario, el cual se obtiene en función del gasto máximo diario, adoptando 
para el coeficiente de variación horaria un valor que fluctúe de 1.3 para 
localidades urbanas pequeñas a 1.5 para los demás. 
� Situación y características del tanque de regularización. La localización del 
depósito regulador tiene gran influencia, sin distinguir si se trata de un 
tanque superficial o elevado, según sea la situación topográfica de la 
localidad. 
� Situación de la captación con respecto a la red. La situación de la obra de 
captación que se tenga influye notablemente en el diseño de la red. 
Existen diversos procedimientos para determinar el comportamiento hidráulico de 
una red de distribución de agua potable. Este consiste en calcular los gastos que 
fluyen en las tuberías y las presiones en algunos puntos de la red. Algunos 
procedimientos proporcionan resultados poco satisfactorios; sin embargo, pueden 
ser tomados como una base para la aplicación posterior de métodos más 
precisos. 
Cuando la fuente de abastecimiento cuenta con una suficiente elevación con 
respecto al punto de consumo, de tal forma que la presión deseada puede ser 
mantenida, la conducción del agua puede ser por gravedad. Con los sistemas de 
conducción a gravedad, es posible abastecer de agua a más de un 
almacenamiento de reserva dentro del sistema. Una ventaja de este tipo de 
conducción, es que el sistema se vuelve muy económico. 
1.6.1 TIPOS DE PROYECTOS DE REDES 
Las obras que se hacen con atención a las redes de distribución en las ciudades 
son generalmente para mejorar o ampliar la red existente, aunque también 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 35 
sucede que sean para ofrecer el servicio a zonas aisladas o nuevas. Así podemos 
distinguir dos tipos de proyectos de redes: de rehabilitación y nuevos. 
Los proyectos de rehabilitación se hacen cuando hay que modificar una parte de 
la red de distribución para optimizar su funcionamiento hidráulico, y además 
cuando las condiciones obligan a incrementar la capacidad de la red, ‘por 
ejemplo’ cuando hay cambios en el uso de suelo. Mientras que los proyectos 
nuevos los demandan zonas donde hay que dar servicio por primera vez, y 
también, ampliaciones tan considerables por su magnitud de proyecto que no 
pueden catalogarse como una rehabilitación. 
1.6.2 FORMAS DE DISTRIBUCIÓN 
El agua se suministra a los usuarios en función de las condiciones locales de 
diversas formas: 
a) Por gravedad: 
El agua se conduce o bombea desde la fuente hasta un tanque elevado y 
de aquí fluye por gravedad a la población. Así se mantiene una presión 
suficiente y constante en la red para el servicio a los usuarios. 
 
Es quizá el procedimiento más confiable, siempre que el terreno describe 
cotas considerablemente altas para la ubicación del tanque se deberá 
utilizar éste método, asegurando así las presiones requeridas en la red. 
 
La línea de conducción, es decir, la tubería que abastece al tanque, se 
diseña para el gasto máximo diario Qmd y la línea de alimentación que 
inicia en el tanque y se dirige a la zona de distribución se diseña con el 
gasto máximo horario Qmh en el día de máxima demanda. 
 
FIGURA 1.12 DISTRIBUCIÓN POR GRAVEDAD 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 36 
b) Por bombeo: 
Hay dos alternativas de bombeo: 
� Bombeo directo a la red, sin almacenamiento. 
Las bombas proveen directamente a la red. Una gran desventaja del 
sistema es que una falla en el suministro de energía eléctrica significa la 
interrupción del servicio, también al variar el consumo en la red, la 
presión cambia. Entonces se deben considerar varias bombas para 
suministrar el agua cuando sea necesario. 
Las variaciones de la presión suministrada por las bombas se transmiten 
directamente a la red, lo que puede aumentar el gasto perdido por las 
fugas. 
� Bombeo directo a la red, con excedencias en el tanque de regulación. 
Ésta forma de distribución ubica un tanque después de la red, en un 
punto opuesto a la entrada del agua por bombeo, y las tuberías 
principales se conectan directamente con la tubería que une las 
bombas con el tanque. 
El exceso de agua bombeada a la red en periodos de bajo consumo se 
almacena en el tanque, y así en los periodos de alto consumo el agua 
del tanque se envía a la red y complementa el agua distribuida por 
bombeo. 
“La experiencia de operación en México expone que esta forma de 
distribución no es adecuada. En general, la distribución por bombeo se 
debe evitar en los proyectos y sólo se podrá utilizar en casos excepcionales, 
donde se pueda justificar.” (CONAGUA, 2007) 
c) Distribución mixta: 
Se refiere a la forma de distribución donde parte del consumo de la red se 
abastece por bombeo con excedencias a un tanque de regularización, 
que a su vez abastece al resto de la red por gravedad. El tanque es 
conveniente localizarlo en el centro de gravedad de la población. 
 
FIGURA 1.13 DISTRIBUCIÓN MIXTA 
CAPÍTULO 1 
SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE 37 
Esta opción tampoco es recomendable pues considera bombeo directo a 
la red. 
 
Una modificación útil de éste esquema es que el rebombeo tenga una 
conexión directa al tanque elevado, sin conexiones o bifurcaciones para 
evitar el bombeo directo a la red. La regulación se asegura con un tanque 
superficial de capacidad suficiente en el sitio de rebombeo, del cual se 
bombea al tanque elevado que puede ser de un volumen pequeño. 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 38 
 
 
 
 
 
 
2. REDES DE DISTRIBUCIÓN DE . 
. AGUA POTABLE 
Toda red de distribución se compone de tuberías, piezas especiales, válvulas, 
tomas domiciliarias, hidrantes y accesorios que permiten su operación y 
mantenimiento. 
A continuación se presenta una descripción detallada de los elementos de la red, 
sus tipos, ventajas y desventajas. Sin embargo, seguirá siendo recomendable 
acudir con el fabricante quien facilitará manuales de instalación, transporte, 
diseño además de precios y recomendaciones. 
2.1 TUBERÍAS 
Una tubería es el sistema de unión de dos o más tubos que permite la conducción 
de un fluido. 
Para seleccionar el material hay que considerar las siguientes características: 
resistencia mecánica, durabilidad, resistencia a la corrosión, capacidad de 
conducción, economía, facilidad de conexión y reparación, e 
imprescindiblemente la conservación de la calidad del agua. 
La resistencia mecánica de la tubería es la capacidad para soportar cargas 
externas: estáticas y dinámicas, ‘por ejemplo’ el relleno de la zanja y el tráfico 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 39 
respectivamente; y cargas internas (presión hidrostática). Además de la 
resistencia a los daños durante la instalación. 
La resistencia deberá ser mayor que la máxima carga estática que se pueda 
presentar. La carga estática máxima en un punto de la red es la diferencia de la 
cota de la tubería y la cota de la carga estática. En los tramos con desniveles 
poco considerables,la carga estática máxima es el valor mayor correspondiente 
a uno de los dos extremos. 
La durabilidad es una característica en función de la vida útil, hermeticidad de la 
tubería y las conexiones bajo condiciones de uso. 
La resistencia a la corrosión es la capacidad de resistir suelos y aguas agresivos, 
que provocan reacciones químicas adversas en las paredes internas y externas 
de la tubería, reduciendo su durabilidad. 
La capacidad de conducción depende del coeficiente de rugosidad de la 
tubería, del material, del periodo de uso y de las condiciones en que se 
encuentre. Utilizando éste factor se pueden calcular las pérdidas por fricción. 
Para conservar un buen estado en algunos tipos de tubería se dispone de 
recubrimientos con cemento y asfalto, en las paredes interiores. 
La economía de la tubería se determina con varios elementos. Los costos de 
adquisición de acuerdo con la disponibilidad de tubos y piezas especiales, su 
transporte y resistencia en los procedimientos de instalación. Contratiempos en la 
entrega, dificultad para conseguir material extra, regresar piezas dañadas o 
defectuosas incrementa el tiempo y ciertamente el costo del proyecto. 
Un elemento económico de importancia es el concepto de instalación. Se deben 
tener en cuenta características físicas de la tubería, su longitud, peso, 
revestimientos, resistencia mecánica, tipos de unión y flexibilidad. También la 
topografía del área, niveles freáticos, cruces de vías de comunicación y la 
cercanía con demás instalaciones como de drenaje y gas natural. 
El tipo de unión en tuberías es el sistema de juntas para enlazar los tubos. Éstas 
permiten cierto grado de deflexión, es decir, curvatura en el tendido de la 
tubería, y se específica en los catálogos del fabricante, quien también provee 
adaptadores en caso de ser necesaria la conexión de tuberías de diferente 
material. 
Durante la construcción se prevé que las tuberías tengan fácil instalación con 
tomas domiciliarias, válvulas y tubos adicionales, o bien, el remplazo con mayores 
diámetros para expandir la red y dar servicio a industrias, unidades 
habitacionales, comercios, etc. 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 40 
Finalmente, se debe garantizar la calidad del agua, evitar la infiltración de 
sustancias nocivas que pudieran alterar su potabilidad en las juntas y 
propiamente en las tuberías. 
“En la fabricación de los tubos se han utilizado diversos materiales. Actualmente 
en México se sitúa con éxito para abastecimiento de agua potable los 
elaborados de: policloruro de vinilo (PVC) y polietileno de alta densidad (PEAD), 
fibrocemento (FC) antes denominado asbesto-cemento (AC), hierro fundido, 
concreto presforzado, y acero. Aunque algunos de estos materiales son más 
empleados en líneas de conducción, pueden llegar a utilizarse en redes de gran 
tamaño o en líneas de alimentación.” (CONAGUA, 2007) 
2.1.1 TUBERÍAS DE PLÁSTICO 
Es cada vez más común el uso de tubos de plástico en redes de distribución. Hay 
de policloruro de vinilo (PVC) y de polietileno de alta densidad (PEAD). 
El PVC se produce en color blanco de acuerdo con la Norma Mexicana NMX–E–
143/1-SCFI-2002, que clasifica dependiendo del sistema de unión en “espiga-
campana”, y por su resistencia a la presión como se indica en la tabla 2.1. 
 
TABLA 2.1 PRESIÓN MÁXIMA DE TRABAJO EN TUBERÍAS DE PVC 
La junta espiga-campana es la conexión de un extremo liso del tubo con el 
extremo de la campana del siguiente tubo. Se debe disponer un anillo de 
material elástico que garantice la hermeticidad. 
 
FIGURA 2.1 UNIÓN ESPIGA-CAMPANA EN TUBERÍA DE PVC 
 
Clase 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 41 
Los tubos de PVC se fabrican con diámetros nominales (diámetro exterior del 
tubo) 50 a 800 mm, y longitud útil de 6 m. Las cinco clases que se indican en la 
tabla 2.1 varían en el espesor de la pared del tubo respectivamente(NORMA 
OFICIAL MEXICANA NOM-E-143-2002, 2002). 
Las ventajas de utilizar PVC son: 
� Hermeticidad: Con juntas herméticas en los tubos se impiden filtraciones y 
fugas. Se recomienda la junta espiga-campana con anillo de hule para 
que actúe como junta de dilatación. 
� Pared interior lisa: Las pérdidas por fricción no son considerables, así que 
tiene una alta eficiencia para la conducción de agua. 
� Resistencia a la corrosión: No requiere recubrimientos ni tuberculizaciones 
(formaciones de óxido), porque el PVC no presentará corrosión química o 
electroquímica. 
� Resistencia química: Tiene alta resistencia al ataque químico de ácidos, 
álcalis y soluciones salinas. Los hidrocarburos pueden afectar 
temporalmente sus propiedades, pero estas se restablecen apenas se 
evaporan los hidrocarburos. También resiste el ataque de algas, hongos y 
bacterias porque no hay materia nutriente que favorezca su desarrollo. 
� Ligereza: Muy fácil de transportar, manejar e instalar. 
� Flexibilidad: Permite deflexiones 
� Resistencia a la tensión: Presenta un buen comportamiento en movimientos 
sísmicos, cargas externas, además de sobrepresiones como las del golpe 
de ariete. 
� Mantiene la calidad del agua. 
Las desventajas: 
� Susceptible a daños durante su manejo: La resistencia puede ser afectada 
por raspaduras y golpes durante la excavación o relleno de la zanja. Se 
recomienda la reparación o remplazo del tubo si sufre una raspadura 
mayor al 10% del espesor del tubo. 
� A temperaturas menores a 0°C, reduce su resistencia al impacto. 
� A temperaturas mayores a los 25°C, se debe reducir la presión de trabajo. 
� La exposición prolongada a los rayos solares reduce su resistencia 
mecánica. 
Los tubos de polietileno (PE) se fabrican de acuerdo con especificaciones de la 
NOM-E-144-1991, en color negro, cilíndricos sin costura. Estos tubos pueden 
utilizarse para conducción de agua potable, agua para riego y residuos 
industriales a presiones y temperaturas variables (NORMA OFICIAL MEXICANA 
NMX-E-144-1991, 1991). 
 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 42 
Clasificación: 
a) De acuerdo a la densidad de la materia prima: 
 
� Tipo I: Tubos de polietileno de baja densidad (0.910 a 0.925 g/cm³) con un 
esfuerzo de diseño de 2.45 MPa (25 kgf/cm²). 
� Tipo II: Tubos de polietileno de media densidad (0.926 a 0.940 g/cm³) con 
un esfuerzo de diseño de 3.13 MPa (32 kgf/cm²). 
� Tipo III: Tubos de polietileno de alta densidad (mayor o igual a 0.941 g/cm²) 
con un esfuerzo de diseño de 4.90 MPa (50 kfg/cm²). 
En la construcción de redes de agua potable es recomendable disponer de tubos 
de polietileno de alta densidad. 
b) Por su presión máxima de trabajo. Tabla 2.2. 
 
TABLA 2.2 PRESIÓN MÁXIMA DE TRABAJO EN TUBERÍAS DE PE 
Los diámetros nominales de los tubos de PE son desde 12 mm hasta 1000 mm. Los 
espesores de pared del tubo varían en función del tipo (densidad) y la clase 
(resistencia) del tubo. 
El suministro de los tubos de PE se efectúa en rollos para diámetros menores o 
iguales a 75 mm y en tubos rectos para diámetros mayores. La longitud útil es 
establecida previamente entre el fabricante y comprador con una tolerancia de 
± 0,2%. 
Además de todas las ventajas que tienen los tubos de PVC, los tubos de 
polietileno distinguen las siguientes: 
� Termofusión: En las conexiones se aplica calor, uniendo las piezas con 
herramientas específicas pero fáciles de utilizar. 
 
Clase 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 43 
 
FIGURA 2.2 UNIÓN POR TERMOFUSIÓN 
� Economía: Se reduce la dimensión de excavación de zanjas, así que 
mejora el costo por éste concepto. La integración de la tubería y sus 
conexiones, así como la sujeción con adaptadores bridados, elimina la 
necesidad de atraques. 
� Compresibilidad: No se requiere disponer válvulas para diámetros menores 
a 100 mm, se procede con la construcción de una caja de operación 
donde hay una prensa portátil que al ejercer presión en la tubería corta el 
flujo. Si los diámetros son mayores se utilizan válvulas conectadas a la 
tubería empleando un adaptadorbridado de polietileno. 
� Rapidez de instalación: Solamente requiere una unión en tramos extensos 
(para tubos que se distribuyen en rollos, con diámetro hasta 75 mm). 
� Compatibilidad: Existen adaptadores especiales para cada tipo de unión 
(brida, rosca interna, rosca externa, soldadura o compresión) y materiales a 
los que se une (PVC, fibrocemento, cobre o acero). 
� Durabilidad: Sin mantenimiento, el PE tiene una vida útil de 50 años y 15 
años de resistencia a la intemperie. 
Por otro lado, la desventaja más prescindible es su costo mayor que tuberías de 
otros materiales. 
2.1.2 TUBERÍAS DE FIBROCEMENTO 
Las tuberías de fibrocemento (FC) se fabrican a partir de una mezcla homogénea 
de cementante hidráulico inorgánico, agua, fibras de amianto con o sin adición 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 44 
de otras fibras, exenta de sustancias nocivas al agua conforme las 
especificaciones de la Norma Mexicana NMX-C-012-1994. 
Los conductos de fibrocemento tienen longitudes nominales de 4 y 5 metros. Los 
diámetros nominales en milímetros desde 75 hasta 2000, que corresponden al 
diámetro interno. 
Los coples son tubos cortos que están en los extremos con una configuración 
semejante a una unión campana. Los tubos son entonces extremos de espiga. Es 
el tipo de conexión más utilizado con tuberías de fibrocemento, aunque en la 
conexión con piezas especiales de hierro fundido se utilizan juntas Gibault 
además de otras juntas mecánicas que permiten la conexión de tuberías de 
extremos lisos. 
 
FIGURA 2.3 UNIÓN POR MEDIO DE COPLES DE FIBROCEMENTO 
 
FIGURA 2.5 CORTE DE UNA JUNTA GIBAULT ARMADA 
 
FIGURA 2.4 PIEZAS QUE CONFORMAN UNA JUNTA GIBAULT 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 45 
 
FIGURA 2.6 CORTE DE UNA JUNTA GIBAULT 
Cada pedido debe contener coples, anillos de hule y lubricante necesarios para 
ajustar los tubos correspondientes a la longitud total ordenada. 
El fabricante debe suministrar con cada tubo, un anillo de hule además de un 
cople del mismo diámetro nominal, clase y tipo que la tubería ordenada. Sus 
dimensiones y tolerancias se deben especificar en los catálogos del fabricante. 
No se deben usar aceites ni grasas derivados del petróleo. Se pueden emplear 
productos para uso y consumo humano. En caso de requerirse, el fabricante 
debe demostrar la no toxicidad del lubricante. 
Los tubos de fibrocemento se clasifican en las siguientes clases, de acuerdo a la 
presión de trabajo: 
 
TABLA 2.3 PRESIÓN INTERNA DE TRABAJO DE LAS TUBERÍAS DE FC 
También los tubos de fibrocemento se clasifican en dos tipos más dependiendo 
de la alcalinidad: 
� Tipo I: Tubos con contenidos de hidróxido de calcio mayores al 1.0% 
� Tipo II: Tubos con contenidos de hidróxido de calcio menores al 1.0% 
 
Clase 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 46 
La selección del tipo de tubería de fibrocemento está en función de la 
agresividad del agua (condiciones internas y externas a la tubería), así como la 
presencia de sulfatos. Los tubos tipo II son más resistentes a éstas características. 
Las ventajas que distinguen los tubos de fibrocemento son: 
� Ligereza 
� No presenta corrosión electroquímica 
� Resistencia a la tuberculización 
� Alta capacidad de conducción (bajo coeficiente de fricción) 
Entre sus desventajas: 
� Fragilidad: Es preciso un mayor cuidado durante su transporte e instalación, 
y el procedimiento de conexión a tomas domiciliarias. 
� Número de coples: Se requiere de mayor número de coples de acuerdo 
con la longitud del tubo. 
Es inevitable utilizar mascarillas para evitar inhalar el polvo durante la perforación 
y cortado. 
2.1.3 TUBERÍAS DE HIERRO FUNDIDO 
“El hierro fundido (HF) se utiliza para la fabricación de tuberías, piezas especiales y 
válvulas. En México, debido a los menores costos de otros tipos de tuberías los 
tubos de éste material no tienen consideración en la construcción de redes de 
distribución. Sin embargo, aún se utilizan en estaciones de bombeo e 
instalaciones donde se requiere rigidez, resistencia al impacto y a la corrosión” 
(CONAGUA, 2007). 
Existen dos tipos de hierro fundido: el hierro gris y el hierro dúctil, este último es una 
mejora al hierro gris, al que mediante un tratamiento especial distingue un metal 
de mayor dureza y resistencia. Aunque aún se fabrican piezas especiales de hierro 
gris, están siendo desplazadas por el hierro dúctil. Para mejorar aún más la 
resistencia se dispone un revestimiento interior, usualmente mortero de cemento 
(lo que además evita la tuberculización), y en el exterior una capa asfáltica. 
Hay variedad de juntas para la unión de tubos de hierro dúctil, las bridas, 
enchufe-bola y espiga-campana con anillo de hule. Las juntas bridadas tienen 
dos anillos idénticos hechos del material de la tubería (bridas) y perforados para 
fijarse con la disposición de tornillos. Se precisan en los extremos de los tubos por 
unir con algún método como soldado o roscado. La estanqueidad de la junta se 
garantiza con la colocación de un anillo de sellado entre ambas bridas. Las juntas 
bridadas son prácticas y fáciles de instalar, no requieren herramientas especiales. 
Se utilizan en tuberías de hierro fundido y acero. Igualmente, existen adaptadores 
de este tipo de unión en tuberías plásticas. 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 47 
Las juntas bridadas son utilizadas en sistemas de tuberías expuestos, ‘por ejemplo’: 
plantas de tratamiento, sistemas de bombeo e instalaciones industriales, donde se 
requiere rigidez, resistencia, facilidad de intercambio de tubos además de la 
impermeabilidad de la junta. 
No es recomendable para tuberías enterradas donde la rigidez de la junta 
provoca que se acumulen esfuerzos en los tubos y provoquen su ruptura. Estos 
esfuerzos son producidos por cargas estáticas, dinámicas, movimientos sísmicos y 
asentamientos de terreno. 
 
FIGURA 2.5 UNIÓN BRIDADA 
La junta mecánica es la unión del tubo con un extremo bridado (brida fija) y en 
disposición campana otro tubo espiga o liso empleando una contrabrida (brida 
móvil) y un anillo sellado. 
 
FIGURA 2.6 UNIÓN MECÁNICA 
Las juntas enchufe-bola, también llamadas submarinas, se utilizan cuando la 
tubería necesita soportar deflexiones considerables, como en el tendido de 
tuberías en un río, aquí se permite situar la tubería en el fondo y ajustarla a la 
sección transversal. 
 
FIGURA 2.7 UNIÓN ENCHUFE-BOLA O SUBMARINA 
CAPÍTULO 2 
REDES DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE 48 
También y comúnmente son más utilizadas las uniones espiga-campana. 
 
FIGURA 2.8 UNIÓN ESPIGA-CAMPANA 
Las ventajas del hierro dúctil: 
� Larga vida útil: En Europa aún se tienen tuberías de hierro gris con más de 
doscientos años de uso, aunque en general se considera vida útil de 100 
años. 
� Alta resistencia mecánica: Tiene suficiente resistencia a impactos y a 
cargas extraordinarias. 
� Alta resistencia a la corrosión: Es susceptible a la tuberculización 
únicamente, pero se previene con recubrimientos especiales. 
� Prácticamente libre de mantenimiento. 
� El hierro dúctil puede ser soldado de forma económica, así no sucede con 
el hierro gris. 
Por último, sus desventajas: 
� Puede sufrir corrosión eléctrica o química si no se protege de suelos ácidos 
o alcalinos (aguas agresivas). 
� Peso relativamente alto que dificulta el manejo. 
� Los tubos de hierro fundido no se fabrican en México, así que deben 
importarse (CONAGUA, 2007). 
2.1.4 TUBERÍAS DE CONCRETO 
Las tuberías de concreto son más utilizadas en el diseño de líneas de conducción 
que en redes de distribución, aunque pueden ser utilizadas en las tuberías 
principales de la red primaria, caso específico de redes de gran tamaño. La 
tubería de concreto que se dispone para agua potable es la de concreto 
presforzado (con o sin cilindro de acero). 
Los tubos de concreto presforzado sin cilindro de acero se fabrican a partir de un 
tubo primario o núcleo, que puede tener o no acero de presfuerzo longitudinal.